WO2022253612A1 - Prepreg-stack und verfahren zur herstellung - Google Patents

Prepreg-stack und verfahren zur herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2022253612A1
WO2022253612A1 PCT/EP2022/063881 EP2022063881W WO2022253612A1 WO 2022253612 A1 WO2022253612 A1 WO 2022253612A1 EP 2022063881 W EP2022063881 W EP 2022063881W WO 2022253612 A1 WO2022253612 A1 WO 2022253612A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
layers
tape strips
fiber
prepreg stack
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/063881
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Silvan
Jacopo Oddone
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Publication of WO2022253612A1 publication Critical patent/WO2022253612A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/14—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a face layer formed of separate pieces of material which are juxtaposed side-by-side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0261—Polyamide fibres
    • B32B2262/0269—Aromatic polyamide fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a prepreg stack comprising several layers of fiber material impregnated with resin. Furthermore, the invention relates to a method for producing such prepreg stacks. Stacks of several layers of fiber material are called prepreg stacks, which serve as semi-finished products for the production of fiber-reinforced plastic components. In order to achieve sufficient strength and wall thickness for the components, several layers of fiber material must be used. The semi-finished products are draped in a mold and then the resin is cured.
  • prepreg stacks are known, for example, from EP 3321055 A.
  • high strength is achieved for the later components.
  • the individual layers are arranged with different fiber orientations, an almost isotropic behavior of the material is achieved, as is usual with metal sheets.
  • the layers of special cuts are individually draped directly in the mold.
  • a very good adaptation to the shape is possible because only individual cuts are deposited.
  • the individual blanks can be arranged in such a way that the fiber direction is aligned as desired for the respective location in the component. Due to the many manual work steps, however, there is also an increased susceptibility to errors.
  • WO 2015/191354 A also describes such prepreg stacks, which are also referred to as multiaxial fabrics.
  • the known designs for prepreg stacks have some disadvantages that have so far prevented wider use. They can only be used for large-area components that are not too complex or too finely structured, since folds would otherwise appear when these stacks are draped. The creases, even if they are only small creases, result in a poorer surface quality. Which is unacceptable for many components. On the other hand, they reduce the strength of the component. In many cases, the stack is so stiff that the shape of the component cannot be satisfactorily reproduced.
  • the object of the invention is now to develop a prepreg stack that offers a high surface quality and good drapability even with stronger or more complex forming and thus enables more cost-effective production of more demanding components.
  • the prepreg stack is characterized in that at least one cover layer is designed as a continuous layer of fiber fabric and all other layers are formed from unidirectional, already impregnated tape strips, with the tape strips of one layer being laid parallel to one another and thus give this layer a uniform fiber direction, with at least two of these further layers having different fiber directions, and with the tape strips having a length in the fiber direction of between 120 and 400 mm and a width transverse to the fiber direction of between 30 and 90 mm.
  • the prepreg stack is designed as a flat product and can thus be transported as a semi-finished product.
  • the surface of a fiber fabric has a better and more evenly structured quality than the surface of unidirectional tape strips.
  • a visible surface on components or a paintable surface can be achieved without too many further work steps.
  • Another advantage of the cover layer is that the prepreg stacks can be handled better as a semi-finished product until processing due to the continuous cover layer.
  • the different fiber directions in at least two of the other layers are advantageous because they lead to improved drapability in different directions.
  • the smaller tape strips can be laid down well and in the exact position by an automated system, which simplifies the manufacture of the stacks and increases the production quality.
  • the precisely positioned placement of the tape strips ensures high quality and good repeat accuracy.
  • Prepreg is a fibrous material that is already impregnated with resin as a matrix material around the fibres, which matrix material is later cured or consolidated, for example after forming.
  • resin such as epoxy resin, for example, come into consideration as the resin.
  • thermoplastic can be used.
  • fibers are rovings, fiber strands or tapes, in particular unidirectional fiber tapes, fabric tapes, scrim tapes or fleece tapes in question.
  • the fibers for the fiber material can be carbon fibers, glass fibers, aramid fibers or other fibers.
  • Unidirectional tapes are tapes made of fiber material, in this case made of prepreg, in which all fibers are parallel and oriented in one direction.
  • the tape strips are cut to the right length with a suitable device and laid down.
  • the layers present on the surface of the stack are referred to here as the top layer. This can be on the top and/or bottom surface of the stack. And two or more layers can also be arranged directly one on top of the other as cover layers on one of the two surfaces. These together influence the quality of the surface.
  • a prepreg stack consisting exclusively of woven layers would have a good surface, but would not only be less drapeable, but also too expensive due to the high costs of such layers and therefore not interesting for broader use.
  • the combination of different layers according to the invention offers a good surface combined with good drapability and lower costs.
  • the tape strips of each layer are laid down without any major gaps or overlaps with respect to one another. That is, the gaps or overlaps between adjacent tape strips should be less than 5mm. Larger gaps or overlaps would appear on the surface despite the continuous top layers above, which would cause undesirable visual impairments.
  • the layers are particularly preferably arranged such that, based on a reference direction x, at least one layer with the fiber direction 0° to 45°, at least one layer with the fiber direction 45°-90°, at least one layer with the fiber direction 90° to -45° and at least one layer with the fiber direction -45° to 0° is present.
  • This special variation of the fiber direction in the different layers can improve the drapability in different directions.
  • two layers lying directly on top of one another have the same fiber direction, in particular all further layers of the prepreg stack are formed by two layers lying directly on top of one another with the same fiber direction.
  • the tape strips are placed in the two directly superimposed layers with the same fiber direction in such a way that the abutting edges on the tape narrow side and/or on the long side of the tape are offset to the abutting edges of adjacent tape strips in the other layer are arranged with the same fiber direction.
  • This allows small gaps or overlaps between adjacent strips of tape in one layer to be covered by the other layer rather than reinforced. This has a positive effect on the surface quality and local drapability.
  • At least three, preferably at least five, further layers are present. Due to the higher number of layers, there are several levels in which a desired shift between the layers during draping is possible.
  • the tape strips have a fiber weight between 150 and 350 g/m 2 . This results in further layers that are not too thick, again with the effect that improved drapability is achieved. In contrast, in the prior art layers with a fiber weight in the range of 500 g/m 2 is used because this speeds up the laying down of the complete stack.
  • all further layers are preferably formed from uniform tape strips which each have the same length and/or the same width.
  • various prepreg stacks can be produced that are optimized for different requirements or components without having to change the depositing device. Only the storage program has to be adjusted accordingly.
  • the stocking of the tape rolls for the production of the prepreg stacks is simplified with the tapes always having the same width. And particularly preferably, the tape strips all have the same fiber weight.
  • each cover layer (1, 1.1) has a fiber weight between 50 and 300 g/m 2 , in particular between 100 and 250 g/m 2 . This achieves a good surface quality without incurring raw material costs that are too high.
  • the fiber fabric of the cover layer is also impregnated with resin, in particular with the same or a similar resin that is used to impregnate the tape strips.
  • the fiber fabric of the cover layer is particularly preferably designed in a twill weave, since this offers a particularly good surface structure.
  • the twill weave is a weave pattern and is characterized by passing a longitudinal fiber strand under a transverse fiber strand, then over at least two transverse fiber strands, and then again under a transverse fiber strand, and so on. In the next row, the weaving rhythm is started offset by at least one transverse fiber strand, resulting in a diagonal pattern.
  • the tape strips of one layer can be arranged offset in such a way that the abutting edges on their narrow side are offset from the abutting edges transverse to the fiber direction of adjacent tape strips in the same layer. In addition, continuous abutting edges that extend over several tape strips next to each other are avoided, which in turn has a positive effect on the surface quality.
  • the prepreg stacks according to the invention are particularly well suited for further processing and the transport required for this if they have a width of between 750 and 2000 mm and a length of between 750 and 2000 mm. This results in good efficiency when laying down.
  • a prepreg stack comprising several layers of fiber material with resin impregnation is produced, in which at least one cover layer is designed as a continuous layer of fiber fabric in a twill weave and all other layers are formed from unidirectional, already impregnated tape strips, the tape strips having a layers are laid parallel to one another and thus give this layer a uniform fiber direction, with at least two of these further layers having different fiber directions, and with the tape strips having a length in the fiber direction of between 120 and 400 mm and a width transverse to the fiber direction of between 30 and 90 mm exhibit.
  • the production according to the invention takes place in that further layers of unidirectional, already impregnated tape strips are successively laid down on at least one cover layer, which is designed as a continuous layer of fiber fabric in twill weave, with the laying down of the tape strips being automated.
  • the layers are laid down on one level, resulting in a flat product.
  • a further advantage results from the method according to the invention when the prepreg stack is compacted as a whole after the further layers have been laid down, without the individual layers being compacted after they have been laid down, as has previously been the case with known production methods.
  • This embodiment of the invention offers more efficient manufacture and still good quality. Compacting serves to squeeze out any air trapped between the layers before the component is manufactured.
  • the prepreg stack can be cut to a desired format after laying down the other layers or after compacting.
  • a rectangular or square format can be selected or a specially adapted cutting pattern for a specific component. This simplifies the subsequent work steps during the forming process.
  • the prepreg stack is cut into so-called tiles with a width of between 200 mm and 400 mm and a length of between 2090 mm and 400 mm. In this way, the tiles can be easily transported, stored and flexibly used for various components.
  • the direction x is an arbitrarily chosen reference direction
  • the direction t is the thickness direction of the stack
  • f is the fiber direction of a respective further layer.
  • the thickness is shown oversized in the schematic figures in order to be able to recognize the layer structure. And some of the layers are not shown in full for the sake of simplicity.
  • top layer 1a shows an exemplary embodiment of a prepreg stack 10a according to the invention, in which four additional layers 2, 3, 4, 5 are placed on top layer 1, which is designed as a fiber fabric, preferably in a twill weave.
  • the top layer 1 forms the surface of the components, which can be visible or painted directly. This means it is important that this top layer 1 represents a good and even surface and is not impaired by folds or larger gaps inside the stack.
  • the other layers are each composed of tape strips 6, which are laid parallel to each other and without major gaps or overlaps in one plane.
  • Layer 2 is laid down with its fiber direction f in reference direction x, which is why it is referred to as the 0° layer.
  • Layer 3 is a 45° layer, since its fiber direction is at an angle of 45° to the reference direction x.
  • Layer 4 is stored above it as a 90° layer.
  • position 5 forms the conclusion as a -45° position. This special arrangement of the layers 2, 3, 4, 5 achieves particularly good drapability in different directions.
  • Fig.lb represents an alternative embodiment of the invention.
  • the individual layers are not shown in full for the sake of simplicity.
  • a 0° layer 2 In the case of the prepreg stack 10b, first a 0° layer 2, then a 90° layer 3 and a further 0° layer 2.1 are placed on a top layer 1 in a twill weave. This laying order can be repeated multiple times to produce a complete prepreg stack.
  • FIG. 10c A further layer structure according to the invention for a prepreg stack 10c is shown in FIG.
  • two further layers 2/2.1, 3/3.1, 4/4.1 lying directly one on top of the other are deposited with the same fiber direction f.
  • tape strips 6 with a lower fiber weight can be used here.
  • the division into two layers reduces the rigidity and improves the drapability.
  • the arrangement of the tape strips 6 in one layer 2,3,4 can be offset in relation to the tape strips 6 in the other layer 2.1,3.1,4.1 so that the abutting edges 7 are on the narrow side of the tape strips 6 are each offset to the butt edges in the other layer.
  • the woven top layer 1 can optionally be supplemented by another woven top layer 1.1. This achieves a particularly high surface quality with good drapability.
  • the same tape strips with the same width and/or the same length and the same fiber weight, ie then also with the same thickness, are preferably used for all further layers. This makes production more efficient and cheaper. Especially the use of tape strips with the same width and the same fiber weight makes the storage and the loading of the depositing device more efficiently. This means that the same tape rolls can always be used as the starting material.
  • the top layer preferably has a lower fiber weight than the other layers of tape strips.
  • the fiber weight of an individual cover layer is at most 50% of the fiber weight of a further layer of tape strips.
  • FIG. 2 shows an exemplary layered structure in plan view.
  • the layers of the prepreg stack 10 are not shown in full, so that the arrangement of the tape strips

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Prepreg-Stack (10, 10a-d) umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung, insbesondere als ebenes Produkt ausgeführt, wobei zumindest eine Decklage (1, 1.1) als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist und alle weiteren Lagen (2, 2.1, 3, 3.1, 4, 4.1, 5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) gebildet sind, wobei die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage jeweils parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung (f) geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen jeweils unterschiedliche Faserrichtung (f) aufweisen, und wobei die Tape-Streifen (6) eine Länge in Faserrichtung (f) zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung (f) zwischen 30 und 90 mm aufweisen; sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Prepreg-Stacks.

Description

Prepreq-Stack und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Prepreg-Stack, das mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung umfasst. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Prepreg-Stacks. Als Prepreg-Stacks werden Stapel aus mehreren Lagen Fasermaterial bezeichnet, die als Halbzeuge zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen dienen. Um eine ausreichende Festigkeit und Wandstärke für die Bauteile zu erreichen, müssen mehrere Lagen aus Fasermaterial verwendet werden. Die Halbzeuge werden in eine Form drapiert und dann wird das Harz ausgehärtet.
Bekannt sind solche Prepreg-Stacks beispielsweise aus der EP 3321055 A. Mit der Ablage einzelner unidirektionaler Lagen aus durchgängigem Fasermaterial wird eine hohe Festigkeit für die späteren Bauteile erzielt. Und dadurch dass die einzelnen Lagen mit unterschiedlicher Faserorientierung angeordnet werden, wird ein annähernd isotropes Verhalten des Materials erreicht, wie man es von metallischen Blechen gewohnt ist.
Die Verwendung solcher Stacks ermöglicht eine rationellere Verarbeitung und damit eine kostengünstigere Herstellung von Bauteilen, im Gegensatz zur manuellen Ablage von einzelnen Fasermaterial-Zuschnitten in eine Form.
Bei der manuellen Ablage werden die Schichten aus speziellen Zuschnitten einzeln direkt in der Form drapiert. Dabei ist eine sehr gute Anpassung an die Form möglich, da immer nur einzelne Zuschnitte abgelegt werden. Zudem können die einzelnen Zuschnitte so angeordnet werden, dass die Faserrichtung so ausgerichtet ist, wie sie für jeweilige Stelle im Bauteil gewünscht wird. Aufgrund der vielen manuellen Arbeitsschritte ist allerdings auch eine erhöhte Fehleranfälligkeit gegeben.
Auch in der WO 2015/191354 A sind solche Prepreg-Stacks beschrieben, die auch als Multiaxial-Gelege bezeichnet werden. Die bekannten Ausführungen für Prepreg-Stacks haben einige Nachteile, die eine breitere Verwendung bisher verhindern. So sind sie nur für großflächige und nicht zu komplexe oder zu fein gegliederte Bauteile verwendbar, da bei der Drapierung dieser Stacks ansonsten Falten auftreten. Die Falten, auch wenn es nur kleine Falten sind, führen zu einer schlechteren Oberflächenqualität. Was bei vielen Bauteilen nicht akzeptabel ist. Und zum anderen reduzieren sie die Festigkeit des Bauteils. In vielen Fällen ist das Stack sogar so steif, dass die Bauteilform gar nicht zufriedenstellend abgebildet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Prepreg-Stack zu entwickeln, das eine hohe Oberflächengüte und eine gute Drapierfähigkeit auch bei stärkerem oder komplexerem Umformen bietet und so eine kostengünstigere Fierstellung von anspruchsvolleren Bauteilen ermöglicht.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Prepreg-Stack gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale für das Prepreg-Stack sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen genannt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Prepreg-Stack nach Anspruch 1 dadurch aus, dass zumindest eine Decklage als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist und alle weiteren Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape- Streifen gebildet sind, wobei die Tape-Streifen einer Lage parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen unterschiedliche Faserrichtung aufweisen, und wobei die Tape-Streifen eine Länge in Faserrichtung zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung zwischen 30 und 90 mm aufweisen. Insbesondere ist das Prepreg-Stack als ebenes Produkt ausgeführt und kann so als Halbzeug transportiert werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die einzelnen Lagen nicht aus durchgängigem Fasermaterial oder aus großen Zuschnitten bestehen, sondern aus vielen kleineren Tape-Streifen. Dadurch ist das Prepreg-Stack nicht so steif und kann viel besser drapiert werden. Die Faserstücke in den Tape-Streifen können sich beim Umformen besser zueinander verschieben als durchgängige Langfasern oder größerer Fasermaterial-Zuschnitte. Somit können Falten und sogar auch kleinere Falten beim Drapieren besser vermieden werden. Insbesondere bei Kohlenstofffasern ist das ein Vorteil, da diese sehr steif und nicht dehnbar sind. Allerdings eignet sich ein Aufbau des Stacks ausschließlich aus Tape- Streifen nicht gut zur Fertigung von hochwertigen Bauteilen. Um die Oberflächenqualität nicht durch die vielen Übergangsstellen zwischen den einzelnen Tape-Streifen an der Oberfläche zu beeinträchtigen, wird zumindest eine Decklage aus einem Fasergewebe vorgesehen. Dazu kommt, dass die Oberfläche bei einem Fasergewebe eine bessere und gleichmäßiger strukturierte Qualität aufweist, als die Oberfläche von unidirektionalen Tape-Streifen. So kann beispielsweise auch eine Sichtoberfläche an Bauteilen oder eine lackierbare Oberfläche ohne zu viele weitere Arbeitsschritte erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Decklage ist, dass die Prepreg-Stacks aufgrund der durchgängigen Decklage als Halbzeug bis zur Verarbeitung besser gehandhabt werden können.
Die verschiedenen Faserrichtungen in zumindest zwei der weiteren Lagen sind von Vorteil, weil diese zu einer verbesserten Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen führen.
Und die kleineren Tape-Streifen können gut und positionsgenau durch eine automatisierte Anlage abgelegt werden, was die Herstellung der Stacks vereinfacht und die Produktionsqualität erhöht. Durch die exakt positionierte Ablage der Tape- Streifen werden eine hohe Qualität und eine gute Wiederholgenauigkeit erreicht.
Prepreg ist ein Fasermaterial, das bereits mit Harz als Matrixmaterial um die Fasern herum imprägniert ist, wobei das Matrixmaterial später beispielsweise nach dem Umformen ausgehärtet oder konsolidiert wird. Insbesondere kommen als Harz zum Beispiel Duromere, wie etwa Epoxy-Harz in Frage. Oder es kann ein Thermoplast verwendet werden.
Als Fasern kommen beispielsweise Rovings, Faserstränge oder Bänder, insbesondere unidirektionale Faserbänder, Gewebebänder, Gelegebänder oder Vliesbänder in Frage. Die Fasern für das Fasermaterial können Kohlefasern, 30 Glasfasern, Aramidfasern oder andere Fasern sein.
Unidirektionale Tapes sind Bänder aus Fasermaterial, hier aus Prepreg, bei denen alle Fasern parallel liegen und in eine Richtung orientiert sind. Die Tape-Streifen werden mit einer geeigneten Vorrichtung auf die passende Länge geschnitten und abgelegt.
Als Decklage werden hier die Schichten bezeichnet, die an der Oberfläche des Stacks vorhanden sind. Das kann an der oberen und/oder an der unteren Oberfläche des Stacks sein. Und es können auch zwei oder mehrere Lagen direkt aufeinander als Decklagen an einer der beiden Oberflächen angeordnet sein. Diese beeinflussen gemeinsam die Qualität der Oberfläche.
Ein Prepreg-Stack ausschließlich aus gewebten Lagen, hätte zwar eine gute Oberfläche, wäre aber nicht nur schlechter drapierbar, sondern aufgrund der hohen Kosten solcher Lagen auch zu teuer und dadurch für eine breitere Verwendung nicht interessant. Die erfindungsgemäße Kombination aus verschiedenen Lagen bietet eine gute Oberfläche bei gleichzeitig guter Drapierbarkeit und geringeren Kosten.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Tape-Streifen einer jeden Lage ohne größere Lücken oder Überlappungen zueinander abgelegt sind. Das heißt die Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen sollten kleiner als 5 mm sein. Größere Lücken oder Überlappungen würden sich auf der Oberfläche trotz der darüber befindlichen, durchgängigen Decklagen abzeichnen, was nicht erwünschte optische Beeinträchtigungen verursacht.
Besonders bevorzugt sind die Lagen so angeordnet, dass bezogen auf eine Bezugsrichtung x zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 0° bis 45°, zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 45°-90°, zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 90°bis -45° und zumindest eine Lage mit der Faserrichtung -45° bis 0° vorhanden ist. Durch diese spezielle Variation der Faserrichtung in den verschiedenen Lagen kann die Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen verbessert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung weisen zwei direkt aufeinander liegende Lagen die gleiche Faserrichtung, insbesondere werden allen weiteren Lagen des Prepreg-Stacks durch jeweils zwei direkt aufeinander liegende Lagen mit gleicher Faserrichtung gebildet. Bei der hier beanspruchten Lösung wird eine einzelne dickere Lage, wie sie im Stand der Technik oft verwendet werden, durch zwei dünnere Lagen ersetzt, so steigt die Drapierfähigkeit noch weiter, da die Tape- Streifen der beiden Lagen sich zueinander einfacher verschieben können als bei einer dickeren Lage. Wir die weiter verbesserte Drapierfähigkeit nur in eine Richtung benötigt, um die Bauteilform abzubilden, reicht es wenn zumindest zwei aufeinander liegende Lagen so ausgeführt werden. Soll die bessere Drapierfähigkeit in mehrere Richtungen gegeben sein, werden bevorzugt mehrere oder alle weiteren Lagen immer paarweise mit gleicher Faserrichtung abgelegt.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Tape-Streifen in den zwei direkt aufeinander liegenden Lagen mit gleicher Faserrichtung so abgelegt sind, dass die Stoßkanten an der Tape-Schmalseite und/oder an der Tape-Längsseite versetzt zu den Stoßkanten benachbarter Tape-Streifen in der anderen Lage mit gleicher Faserrichtung angeordnet sind. Dadurch werden kleinere Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen in einer Lage von der anderen Lage verdeckt und nicht verstärkt. Das wirkt sich positiv auf die Oberflächenqualität und auf die lokale Drapierbarkeit aus.
Um eine gute Drapierfähigkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf weitere Lagen vorhanden sind. Durch die höhere Anzahl von Lagen gibt es mehrere Ebenen, in denen eine gewünschte Verschiebung zwischen den Lagen beim Drapieren möglich ist.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Tape-Streifen ein Fasergewicht zwischen 150 und 350 g/m2 haben. Dadurch entstehen nicht zu dicke weitere Lagen, wiederum mit dem Effekt, dass eine verbesserte Drapierfähigkeit erreicht wird. Im Gegensatz dazu werden im Stand der Technik meist Lagen mit einem Fasergewicht im Bereich von 500 g/m2 genutzt, weil dadurch das Ablegen des vollständigen Stacks schneller geht.
In der erfindungsgemäßen Ausführung sind bevorzugt alle weiteren Lagen aus einheitlichen Tape-Streifen gebildet, welche jeweils die gleiche Länge und/oder die gleiche Breite haben. So können mit Hilfe der automatisierten Ablagevorrichtung verschiedene Prepreg-Stacks hergestellt werden, die für unterschiedliche Anforderungen oder Bauteile optimiert sind, ohne dass die Ablagevorrichtung verändert werden muss. Nur das Ablegeprogramm muss entsprechend angepasst werden. Insbesondere die Vorratshaltung der Tape-Rollen für die Herstellung der Prepreg-Stacks wird bei immer gleicher Breite der Tapes vereinfacht. Und besonders bevorzugt weisen die Tape-Streifen auch alle das gleiche Fasergewicht auf.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Fasergewebe einer jeden Decklage (1 ,1.1 ) ein Fasergewicht zwischen 50 und 300 g/m2, insbesondere zwischen 100 und 250 g/m2 hat. Dadurch wird eine gute Oberflächenqualität erzielt, ohne dass zu hohe Rohstoffkosten entstehen.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Fasergewebe der Decklage ebenfalls mit Harz imprägniert, insbesondere mit dem gleichen oder einem ähnlichen Harz, das zur Imprägnierung der Tape-Streifen verwendet wird.
Besonders bevorzugt ist das Fasergewebe der Decklage in Köperbindung ausgeführt, da diese eine besonders gute Oberflächenstruktur bietet. Die Köperbindung ist ein Webmuster und zeichnet sich dadurch aus, dass ein längs liegender Faserstrang unter einem quer liegenden Faserstrang, dann über mindestens zwei quer dazu liegende Faserstränge und dann wieder unter einem quer liegenden Faserstrang geführt wird und so weiter. In der nächsten Reihe wird der Webrhythmus um mindestens einen quer liegenden Faserstrang versetzt begonnen, so dass ein Diagonalmuster entsteht. Um eine besonders gleichmäßig Drapierfähigkeit zu erreichen, können die Tape- Streifen einer Lage derart versetzt angeordnet sein, so dass die Stoßkanten an ihrer Schmalseite versetzt zu den Stoßkanten quer zur Faserrichtung benachbarter Tape-Streifen in der gleichen Lage angeordnet sind. Zudem werden damit durchgängige Stoßkanten, die sich über mehrere Tape-Streifen nebeneinander erstrecken, vermieden, was sich wiederum positiv auf die Oberflächenqualität auswirkt.
Besonders gut geeignet für die weitere Verarbeitung und den dafür notwendigen Transport sind die erfindungsgemäßen Prepreg-Stacks, wenn sie eine Breite zwischen 750 und 2000 mm und eine Länge zwischen 750 und 2000 mm aufweisen. So ergibt sich eine gute Effizienz beim Ablegen.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von zuvor beschriebenen Prepreg-Stacks gemäß Anspruch 12 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Prepreg-Stack umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung hergestellt, bei welchem zumindest eine Decklage als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist und alle weiteren Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen gebildet werden, wobei die Tape-Streifen einer Lage parallel zueinander abgelegt werden und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen unterschiedliche Faserrichtung aufweisen, und wobei die Tape-Streifen eine Länge in Faserrichtung zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung zwischen 30 und 90 mm aufweisen.
Die erfindungsgemäße Herstellung erfolgt, indem auf zumindest eine Decklage, welche als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist, nacheinander weitere Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape- Streifen abgelegt werden, wobei die Ablage der Tape-Streifen automatisiert erfolgt. Insbesondere werden die Lagen auf einer Ebene abgelegt, so dass ein ebenes Produkt entsteht. Durch die Verwendung von Tape-Streifen kann eine automatisierte und damit effiziente und genau positionierte Ablage erfolgen, was die Herstellung kostengünstiger macht bei dennoch hoher Produktqualität und Flexibilität für die Verwendung.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das Prepreg-Stack nach dem Ablegen der weiteren Lagen als Ganzes kom paktiert wird, ohne dass die einzelnen Lagen jeweils nach der Ablage kompaktiert werden, wie das bisher bei bekannten Herstellverfahren der Fall ist. Diese erfindungsgemäße Ausführung bietet eine effizientere Herstellung und dennoch eine gute Qualität. Das Kompaktieren dient dazu eventuell eingeschlossene Luft zwischen den Lagen auszupressen, bevor das Bauteil gefertigt wird.
Des Weiteren kann das Prepreg-Stack nach dem Ablegen der weiteren Lagen oder nach dem Kompaktieren auf ein gewünschtes Format zugeschnitten werden. Dabei kann ein rechteckiges oder quadratisches Format gewählt werden oder ein speziell angepasstes Schnittmuster für ein bestimmtes Bauteil. So werden die nachfolgenden Arbeitsschritte bei der Umformung vereinfacht. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Prepreg-Stack in sogenannte Kacheln mit einer Breite zwischen 200 mm und 400 mm und mit einer Länge zwischen 2090 mm und 400 mm zugeschnitten wird. So können die Kacheln gut transportiert, gelagert und flexibel für verschiedene Bauteile verwendet werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Er findung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1a-c Schematische Darstellung erfindungsgemäßer Prepreg-Stacks mit unterschiedlichen Schichten (Seitenansicht)
Fig.2 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Prepreg-Stack Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Komponenten.
Die Fig.1a-c zeigen verschieden Varianten für den Lagenaufbau bei erfindungsgemäßen Prepreg-Stacks in Seitenansicht. Gezeigt werden nur einige Beispiele. Selbstverständlich können viele weiter erfindungsgemäße Lagenaufbauten hergestellt werden. Die Richtung x ist eine willkürlich gewählte Bezugsrichtung, die Richtung t ist die Dickenrichtung des Stacks und f ist die Faserrichtung einer jeweiligen weiteren Lage. Die Dicke ist in den schematischen Figuren überdimensional dargestellt, um den Lagenaufbau erkennen zu können. Und manche der Lagen sind zur Vereinfachung nicht vollständig dargestellt.
Fig.la zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführung eines Prepreg- Stacks 10a, bei der vier weitere Lagen 2, 3, 4, 5 auf der Decklage 1 , die als Fasergewebe, bevorzugt in Köperbindung ausgeführt ist, abgelegt sind.
Später bildet die Decklage 1 die Oberfläche der Bauteile, welche sichtbar sein oder direkt lackiert werden kann. Das heißt es ist wichtig, dass diese Decklage 1 eine gute und gleichmäßige Oberfläche darstellt und auch nicht durch Falten oder größere Lücken im Inneren des Stacks beeinträchtigt wird.
Die weiteren Lagen sind jeweils aus Tape-Streifen 6 zusammengesetzt, welche je Lage parallel zueinander und ohne größere Lücken oder Überlappungen in einer Ebene abgelegt sind. Die Lage 2 ist mit ihrer Faserrichtung f in Bezugsrichtung x abgelegt, daher wird sie als 0°-Lage bezeichnet. Die Lage 3 ist eine 45°-Lage, da deren Faserrichtung zur Bezugsrichtung x einen Winkel von 45° aufweist. Darüber ist die Lage 4 als 90°-Lage abgelegt. Und die Lage 5 bildet den Abschluss als -45°- Lage. Durch diese spezielle Anordnung der Lagen 2, 3, 4, 5, wird eine besonders gute Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen erzielt.
Fig.lb stellt eine alternative erfindungsgemäße Ausführung dar. In dieser und in den folgenden Darstellungen sind die einzelnen Lagen zur Vereinfachung nicht vollständig dargestellt. Beim Prepreg-Stack 10b wird auf eine Decklagen 1 in Köperbindung zunächst eine 0°-Lage 2, dann eine 90°-Lage 3 und eine weitere 0°-Lage 2.1 abgelegt. Diese Ablagereihenfolge kann mehrmals wiederholt werden, um ein vollständiges Prepreg-Stack herzustellen.
In Fig.lc ist ein weiterer erfindungsgemäßer Lagenaufbau für ein Prepreg-Stack 10c gezeigt. Hierbei sind jeweils zwei direkt aufeinanderliegende weitere Lagen 2/2.1, 3/3.1, 4/4.1 mit der gleichen Faserrichtung f abgelegt. Insbesondere können hierbei Tape-Streifen 6 mit geringerem Fasergewicht verwendet werden. Durch die Aufteilung in jeweils zwei Lagen wird die Steifigkeit reduziert und die Drapierfähigkeit verbessert.
Insbesondere kann wie dargestellt die Anordnung der Tape-Streifen 6 in der einen Lage 2,3,4 so versetzt zu den Tape-Streifen 6 in der anderen Lage 2.1,3.1,4.1 erfolgen, dass die Stoßkanten 7 an der Schmalseite der Tape-Streifen 6 jeweils versetzt zu den Stoßkannten in der anderen Lage sind. Dadurch ergeben sich eine lokal gleichmäßigere Drapierfähigkeit und eine bessere Oberflächenqualität, da die Stoßkanten besser verteilt und durch die andere Lage jeweils abgedeckt sind.
Die gewebte Decklage 1 kann optional durch eine weitere gewebte Decklage 1.1 ergänzt sein. Dadurch wird eine besonders hohe Oberflächenqualität bei guter Drapierfähigkeit erreicht.
Nicht dargestellt ist die ebenfalls erfindungsgemäße Variante, bei der eine andere Decklage auf der zweiten Oberfläche vorhanden ist. Dazu wird diese andere Decklage auf die abgelegten weiteren Lagen abgelegt.
Bevorzugt werden, wie in den Fig.1a-c gezeigt, für alle weiteren Lagen gleiche Tape-Streifen mit gleicher Breite und/oder gleicher Länge, sowie gleichem Fasergewicht, das heißt dann auch mit gleicher Dicke verwendet. Das macht die Herstellung effizienter und kostengünstiger. Besonders die Verwendung von Tape- Streifen mit gleicher Breite und gleichem Fasergewicht macht die Vorratshaltung und die Bestückung der Ablegeeinrichtung effizienter. So können immer gleiche Tape-Rollen als Ausgangsmaterial verwendet werden.
Die Decklage weist bevorzugt ein geringeres Fasergewicht auf als die weiteren Lagen aus Tape-Streifen. Insbesondere ist das Fasergewicht einer einzelnen Decklage höchstens 50% vom Fasergewicht einer weiteren Lage aus Tape- Streifen.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Lagenaufbau in Draufsicht. Die Lagen des Prepreg- Stacks 10 sind nicht vollständig dargestellt, damit die Anordnung der Tape-Streifen
6 zu sehen ist. Der Lagenaufbau für dieses Beispiel entspricht der Darstellung in Fig.1a. Auf der gewebten Decklage 1 , bevorzugt in Köperbindung, sind mehrere weitere Lagen mit unterschiedlicher Faserrichtung f abgelegt. So wird eine gute Oberflächenqualität und eine gute Drapierfähigkeit erzielt. Und dabei ist eine effiziente, automatisierte Ablage der Tape-Streifen 6 möglich, so dass eine kostengünstige Herstellung erzielt wird. Zu erkennen ist auch, dass die Stoßkanten
7 an den Schmalseiten der Tape-Streifen versetzt zu den Stoßkanten benachbarter Tape-Streifen in der gleichen Lage abgelegt sind.
Bezuqszeichenliste
1 1.1 Decklage aus Fasergewebe in Köperbindung 2, 2.1 0°-Lage
3, 3.1 45°-Lage
4, 4.1 90°-Lage
5 -45°-Lage
6 Tape-Streifen 7 Stoßkante
10, 10a-d Prepreg-Stacks f Faserrichtung einer Lage t Dickenrichtung x Bezugsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Prepreg-Stack (10,10a-d) umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung, insbesondere als ebenes Produkt ausgeführt, wobei zumindest eine Decklage (1 ,1.1 ) als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist und alle weiteren Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) gebildet sind, wobei die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage jeweils parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung (f) geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen jeweils unterschiedliche Faserrichtung (f) aufweisen, und wobei die Tape-Streifen (6) eine Länge in Faserrichtung (f) zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung (f) zwischen 30 und 90 mm aufweisen.
2. Prepreg-Stack (10,1 Oa-d) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage (2, 2.1 ,3, 3.1 ,4, 4.1 ,5) derart zueinander abgelegt sind, dass die Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen kleiner als 5 mm sind.
3. Prepreg-Stack (10,1 Oa-d) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Bezugsrichtung x zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 0° bis 45° (2,2.1 ), zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 45° bis 90° (3,3.1 ), zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 90° bis -45°
(4.4.1 ) und zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung -45° bis 0° (5) vorhanden ist.
4. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei direkt aufeinander liegende, weitere Lagen (2, 2.1 ,3, 3.1 ,4, 4.1) die gleiche Faserrichtung (f) aufweisen, insbesondere dass alle weiteren Lagen
(2.2.1.3.3.1.4.4.1 ) des Prepreg-Stacks durch jeweils zwei direkt aufeinander liegende Lagen (2, 2.1 ,3, 3.1 ,4, 4.1 ) mit gleicher Faserrichtung (f) gebildet werden. 5. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf weitere Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,
5) vorhanden sind.
6. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle Tape-Streifen (6) ein Fasergewicht zwischen 150 und 350 g/m2 haben, und insbesondere dass alle Tape-Streifen (6) das gleiche Fasergewicht haben.
7. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle weiteren Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,5) aus Tape-Streifen (6) gebildet werden, welche jeweils die gleiche Länge und/oder die gleiche Breite haben.
8. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe einer jeden Decklage (1 ,1.1 ) ein Fasergewicht zwischen 50 und 300 g/m2, insbesondere zwischen 100 und 250 g/m2 hat.
9. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das Fasergewebe der Decklage (1 ,1.1 ) mit Harz imprägniert ist und/oder dass das Fasergewebe der Decklage (1 ,1.1 ) in Köperbindung ausgeführt ist.
10. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Tape-Streifen (6) einer Lage derart versetzt angeordnet sind, so dass die Stoßkanten (7) an ihrer Schmalseite versetzt zu den Stoßkanten (7) benachbarter Tape-Streifen (6) in der gleichen Lage angeordnet sind.
11. Prepreg-Stack(10, 10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) eine Breite zwischen 750 und 2000 mm und eine Länge zwischen 750 und 2000 mm aufweist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Prepreg-Stacks (10,10a-d) aufgebaut gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf die zumindest eine Decklage (1,1.1), die als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist, nacheinander die weiteren Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) abgelegt werden, wobei die Ablage der Tape-Streifen (6) automatisiert erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) nach dem Ablegen der weiteren Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,5) als Ganzes kompaktiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) nach dem Ablegen der weiteren Lagen (2,2.1 ,3,3.1 ,4,4.1 ,5) in sogenannte Kacheln zugeschnitten wird, wobei die Kacheln eine Breite zwischen 150 mm und 500 mm und eine Länge zwischen 150 mm und 500 mm aufweisen.
PCT/EP2022/063881 2021-06-01 2022-05-23 Prepreg-stack und verfahren zur herstellung WO2022253612A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021114149.4 2021-06-01
DE102021114149.4A DE102021114149A1 (de) 2021-06-01 2021-06-01 Prepreg-Stack und Verfahren zur Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022253612A1 true WO2022253612A1 (de) 2022-12-08

Family

ID=82100297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/063881 WO2022253612A1 (de) 2021-06-01 2022-05-23 Prepreg-stack und verfahren zur herstellung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021114149A1 (de)
WO (1) WO2022253612A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116080103A (zh) * 2022-12-27 2023-05-09 北京羲复新材料科技有限公司 大壁厚环形复合材料产品的成型装置及成型方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013105080A1 (de) * 2013-05-17 2014-11-20 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen oder Bauteilen aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff, nach dem Verfahren hergestelltes Halbzeug und daraus hergestelltes Bauteil
WO2015191354A1 (en) 2014-06-09 2015-12-17 Dow Global Technologies Llc Process for making curable, multi-layer fiber-reinforced prepreg
EP3321055A1 (de) 2015-07-08 2018-05-16 Mitsubishi Chemical Corporation Verfahren zur herstellung eines faserverstärkten verbundwerkstoffs sowie faserverstärkter verbundwerkstoff
FR3078010A1 (fr) * 2018-02-16 2019-08-23 Jerome Aubry Materiau composite et procede de realisation de ce materiau
US20210060918A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Corex Materials Corporation Method for manufacturing composite material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013105080A1 (de) * 2013-05-17 2014-11-20 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen oder Bauteilen aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff, nach dem Verfahren hergestelltes Halbzeug und daraus hergestelltes Bauteil
WO2015191354A1 (en) 2014-06-09 2015-12-17 Dow Global Technologies Llc Process for making curable, multi-layer fiber-reinforced prepreg
EP3321055A1 (de) 2015-07-08 2018-05-16 Mitsubishi Chemical Corporation Verfahren zur herstellung eines faserverstärkten verbundwerkstoffs sowie faserverstärkter verbundwerkstoff
FR3078010A1 (fr) * 2018-02-16 2019-08-23 Jerome Aubry Materiau composite et procede de realisation de ce materiau
US20210060918A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Corex Materials Corporation Method for manufacturing composite material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116080103A (zh) * 2022-12-27 2023-05-09 北京羲复新材料科技有限公司 大壁厚环形复合材料产品的成型装置及成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021114149A1 (de) 2022-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10301646B4 (de) Faden-oder Fasergelege, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung und faserverstärkter Körper
WO2013127460A1 (de) Gewebe zur verwendung in verbundwerkstoffen und verfahren zur herstellung des gewebes und eines verbundwerkstoffkörpers
DE102011002840A1 (de) Faserverstärktes Verbundbauteil und Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundbauteils
WO2022253612A1 (de) Prepreg-stack und verfahren zur herstellung
EP3237183A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines sandwichbauteils
DE102015217404A1 (de) Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen
DE102018215356B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Rumpfbauteils für ein Luftfahrzeug
DE102018105762B3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminates und eines Faserverbundbauteils
DE102019108580B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen, sowie gefaltete Zellstruktur
DE102010031579A1 (de) Herstellung von Faserverbundbauteilen aus Prepreg-Zuschnitten
EP2871273B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Faservorformlings
DE102019123127A1 (de) Halbzeug, Faserverbundbauteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
EP3755833B1 (de) Fadenstruktur
EP0261375B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Hohlträgers
DE10309806A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Harzmatten mit fließfähiger Gelege- oder Textilverstärkung sowie von Bauteilen aus diesen Harzmatten
WO2019145327A1 (de) Gasdruckspeicher, verfahren zur herstellung eines gasdruckspeichers und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102013108372B4 (de) Gewebe und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013208251A1 (de) Webmaschine zur Herstellung eines Gewebes und Gewebe
DE102013011580B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
DE102013206983A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von unidirektionalen Kohlenstofffasergelegen
DE102018109212A1 (de) Verfahren und Anlage zum Herstellen einer Faserpreform sowie Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
WO2003080319A1 (de) Verfahren zur herstellung von harzmatten mit fliessfähiger gelege- oder textilverstärkung sowie von bauteilen aus diesen harzmatten
EP2465982A1 (de) Gewebe zur Verwendung in Verbundwerkstoffen und Verfahren zur Herstellung des Gewebes und eines Verbundwerkstoffkörpers
EP3615321B1 (de) Verfahren zur zeitgleichen herstellung von zwei oder mehr faserverbundbauteilen
DE102020115541A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung von mit Matrixmaterial imprägnierten Faserrovingen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22731112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22731112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1